[发明专利]热电装置及其制造方法

说明书

本申请是申请人于2006年8月2日提交的、申请号为200610110939.9、发明名称为“热电装置及其制造方法”的发明专利申请的分案申请

(1)技术领域

本发明涉及热电装置及其制造方法，更具体地说，涉及用于将热转换成电或将电转换成热的热电装置及其制造方法。

(2)背景技术

热电装置是利用诸如汤姆逊效应、珀尔贴效应、塞贝克效应等热电效应的装置。作为已经被大量生产的装置，可列举用于将电转换成热的温度调节单元等。此外，例如用于从余热产生电能的发电机单元的研发正在进行之中。

为了促使热电装置的发电效率更加接近热电元件本身的发电效率，把热供给到热电元件的一个端部并从热电元件的另一个端部散热必须被平稳地执行。因此，在热传导方面性能优良的陶瓷基板被用作构成热电装置的绝缘基板。于是，配备到热电元件端部的电极由具有低电阻值的材料组成。

同样，在热电装置暴露到200℃的高温时，不仅要求直接暴露于热量中的构件不会被热量损坏，而且要求热电元件和电连接到该热电元件的电极应当被气密封。这是因为应当防止这种情况，即热电元件和电极暴露于高温并被氧化因而导致发电效率降低。如上所述，在热电装置中，陶瓷基板通常被用作绝缘基板，且陶瓷基板和外壳通过钎焊被气密封。

在热电装置中，为了增加能够输出到外部的电动势的输出，多个热电元件被排列在基板上以放在具有电极的绝缘基板之间，并被串联地电连接和并联地热连接。但是，在某些情况下，单独的热电元件高度有变化。在这种场合，可产生这样的缺点，即从高温侧吸收的热量不能够充分地供给到热电元件等，并且在某些情况下不能获得所需的发电性能。因此，已经提出了其中弹性导电构件排列在热电元件与连接基板的一个端面相对的另一个端面上以及设置用于遮盖导电构件和热电元件的帽型电极以防止它们运动的热电装置(见专利文献1)。

[专利文献1]专利申请说明书(公开)2005-64457

然而，在专利文献1揭示的发明中，可认为存在这种情况，即热电装置发电性能的提高变得困难了。更具体地说，在设置帽型电极时，在基板上各自具有预定高度的绝缘板分别排列在热电元件之间，以防止这些多个电极彼此接触产生短路。在排列这些绝缘板时，限制了排列在基板上的热电元件的数量，并降低了基板单位面积的热电元件的比率。因此，不能够增强热电装置的单位输出量，并降低了发电性能。

同样，由于热电装置在工作期间它被暴露于高温，构成热电装置的各个构件的热膨胀超过常温条件。此时，由于各个构件的线性膨胀系数的差异以及吸热侧和散热侧之间的温度差异，各个构件的变形量各自不同。特别是，由于陶瓷基板和外壳之间线性膨胀系数的差异较大，施加到钎焊部分的负荷增加，产生断裂，并且热电装置的气密性下降，降低了发电性能。

此外，从热源到热电元件的热阻受到置于热源和热电元件之间的构件类型、构件厚度以及这些构件之间的机械接触的影响。特别是，由于机械接触的影响是显著的，必须通过减少物品数量来减少热源和热电元件之间的机械接触，也必须通过减小热阻来提高发电性能。例如，当用于从热电装置把电动势输出到外部的外部电极的厚度比基板厚并且然后在热电装置的基板与冷却剂之间产生间隙时，在它们之间的热阻增加并且导致发电性能下降。

同样，当把陶瓷基板安装到盖并与盖的内表面没有间隙地接触以获得对盖的电绝缘时，由于加工精度的原因在盖的内表面和陶瓷基板之间产生间隙。因此，存在于该间隙中的空气层产生到热电元件的传热损耗。在帽型电极和陶瓷基板之间也会产生这种传热损耗。这些传热损耗导致发电性能的降低。

(3)发明内容

已经做出了本发明以解决上述问题，本发明的目的是提供一种在施加热循环之后保持气密封的同时能够提高发电性能并能够通过减少物品的数量实现结构的简化以及装置生产率和可靠性的提高的热电装置以及这种热电装置的制造方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种热电装置，它包括其中由金属构件以及以一定距离彼此相对的第一主要表面和第二主要表面构成内部空间的封闭容器；形成在第一主要表面上的绝缘层；设置在绝缘层表面上的布线层；多个一端固定到布线层以垂直竖立并被电连接的热电元件；排列在热电元件的另一端上以电连接多个热电元件的金属细丝网；以及设置在金属细丝网和第二主要表面之间的绝缘构件。